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仪器仪表

产品编号:SN20120401144015676
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产品描述

仪器仪表(英文:instrumentation) 仪器仪表是用以检出、测量、观察、计算各种物理量、物质成分、物性参数等的器具或设备。真空检漏仪、压力表、测长仪、显微镜、乘法器等均属于仪器仪表。广义来说,仪器仪表也可具有自动控制、报警、信号传递和数据处理等功能,例如用于工业生产过程自动控制中的气动调节仪表,和电动调节仪表,以及集散型仪表控制系统也皆属于仪器仪表。

 

仪器功能

仪器仪表能改善、扩展或补充人的官能。人们用感觉器官去视、听、尝、摸外部事物,而显微镜、望远镜、声级计、酸度计、高温计等仪器仪表,可以改善和扩展人的这些官能;另外,有些仪器仪表如磁强计、射线计数计等可感受和测量到人的感觉器官所不能感受到的物理量;还有些仪器仪表可以超过人的能力去记录、计算和计数,如高速照相机、计算机等。

作用

科学技术是第一生产力,仪器是科学技术发展的重要“工具”。著名科学家王大珩先生指出,“机器是改造世界的工具,仪器是认识世界的工具”。仪器是工业生产的“倍增器”,是科学研究的“先行官”,是军事上的“战斗力”,是现代社会活动的“物化法官”。不言而喻,仪器在当今时代推动科学技术和国民经济的发展具有非常重要的地位。

1.仪器是科学技术发展的重要前提和根本保障。人类发展史上任何一次大的飞跃都是基于工具的巨大创新和根本变革驱动的,作为“工具”的科学仪器的发展和创新往往是催生科技创新的重要要素。

2.仪器是经济发展和国防安全的重要保障。仪器是保障经济发展、国家安全不可或缺的重要基础条件。首先,著名科学家钱学森先生指出:“新技术革命的关键技术是信息技术。信息技术由测量技术、计算机技术、通讯技术三部分组成。测量技术则是关键和基础”。

3.仪器是推进和谐社会建设的重要力量。目前,全球的资源枯竭、环境污染等问题成为社会健康发展的瓶颈;食品安全问题、公共突发事件、疾病诊断、易燃易爆化学危险品等给人民的生活带来了严重影响,这些重大问题的解决都离不开先进的检测技术和手段。

应用效果实现如下

1、 集中管理各地客户资源,统一客户信息的平台。

2、 提高工作效率,并对现有资源进行整合、共享。

3、 使业务人员的行为更加有效,了解业务员的行动状态。

4、 梳理现在的业务状态,实现销售的过程化管理。

仪器仪表发展史

古代仪器仪表

(一)早期主要的测量、度量器具  天文钟/水运天文台1.称重器和计时器人类最早的度量器具是称重器和计时器,反映了人类早期的认识和生活需求。现已发现公元前2500年使用天平的证据,而在普通贸易中使用天平的最早迹象是在公元前1350年。天平杆为木制,砝码则是用青铜做成的各类鸟兽形状。原始的计时器主要有影钟、水钟和水运天文台3种。公元前1450年,古埃及就有绿石板影钟。至公元14世纪,用以表示时间的唯一可靠的方法是日晷或影钟。

公元前600年至公元前525年,也有用棕榈叶和铅垂线记录夜间时间和特定天体的仪器。当天体通过子午线时,从棕榈叶的开口中观察到天体穿过铅垂线的过程。在中国江苏仪征,出土了东汉中期的小型折叠铜质民间测影仪器,外形与现代医学上使用的台式血压计相似。

公元1400年前,埃及记录较短时间的仪器叫水钟,水钟内有刻度,下有小孔,整个水钟用雪花石膏做成瓶状。在希腊,罗马有当时世界上唯一的机械计时仪——水仪。通过水的传递计量时间,记录的是不断流动的概念而不是连续相等的时间,非常不精确。中国北宋时期的苏颂和韩公谦于1088年制作了天文计时器——天文仪象台。它采用民间的水车、筒车、桔槔、凸轮和天平秤杆等,是集观测、演示和报时为一身的“自动化”天文钟,被称为水运天文台。  浑天仪2.指南针、浑天仪、地动仪

在中国,公元前300~公元前100年,有人利用天然磁石的性质,发明了磁罗盘,即定向仪器;指南针到宋代发展成熟。中国西夏时候就有观测和记录天文的仪器,叫浑天仪元代的郭守仪(1231年~1361年)对浑天仪进行了改造,制成简仪,其制造水平在当时遥遥领先,其原理在现代工程测量、地形观测和航海仪器中广泛使用。东汉时期,张衡发明了世界上第一台自动天文仪——浑天仪和世界上第一台观测气象的候风仪,开创了人类使用仪器测量地震的历史。

(二)古代的精密仪器

至1500年,世界上已有了精密仪器。这时的天文仪器已经比较精确,主要有赤道经纬仪、子午浑仪、视差仪,以及希腊的角度仪、水准仪及星盘等;计时仪器有便携式日昝和水钟;计算和证明仪器有天球仪、日历、小时计算器等。这些仪器的制造工艺和使用材料等在当时都有相当高的水平和测量精度。780年,穆斯林造币厂的工人把天平放在密闭容器中,以两次的称量结果相比较,天平经过无数次摆动达到平衡后读取数据,能称出1 /3毫克。这是分析天平的始祖。

(三)古代的科学仪器

15世纪后期,随着自然科学的发展,早期的科学仪器也以不同的背景和形式逐渐形成,主要有光学仪器、温度计、摆钟、数学仪器等。

1.光学仪器

1590年左右,荷兰人扎哈里那斯·詹森制造了第一个非常精确的复合显微镜,这就是今天人们常说的显微镜。

另一荷兰人汉斯·利佩于1608年发明了单筒望远镜,后来又发明了双筒望远镜。伽利略把望远镜和显微镜第一次用于科学实验,并于1609年后制造了第一台长29米、直径42毫米的铅管仪器,所以后来人们常把伽利略作为望远镜和显微镜的实际发明者。1611年,刻卜勒出版了《屈光学》,解释了望远镜和显微镜的光学原理,并提出了“天文望远镜”的设想。再后来,沙伊纳制造第一架天文望远镜,牛顿于1668年制成了第一架天文反射望远镜。

18世纪后半叶,所有的光学仪器都是在开普勒式透镜组合的基础上改造。

2.温度计

伽利略在他早期的实验中,用玻璃管制成了空气温度计。后来,托斯卡斯的大公斐迪南二世改良制成液体温度计。

大约1714年,华伦海特创造了以其名字命名的温度计,被称为华氏温度计。17世纪末,气压计和温度计与刻度标尺、指针和其它配件配合安装在一起,成为仪器大家庭中的重要组成部分,也是仪器制造贸易中的重要部分。

3.数学仪器

英格兰的吉米尼( Thomas Gemini)率先进行数学仪器(1524年~1562年)的制造,之后不久英国雕刻匠和制模匠科尔(Humfray Cole)开始从事仪器的专门制作,从此开始出现了大批的仪器供应商,产品范围也由星盘、日昝和象限仪扩展到观测和测量用仪器,以及一系列演示“自然科学实验”的仪器。

4.其它仪器

到1650年后,新型的精密仪器就不断地被制造出来。如测量用的圆周仪、量角器,航海用的高度观测仪和反向式八分仪,绘图和校仪用的分度尺和绘图仪,还有经纬仪、气泡水平仪、新型望远准镜、测探仪、海水取暖器、玻意尔制造的比重计、摆钟,等等。这些精密仪器为17世纪后自然科学的发展提供了重要保障,是科学技术发展的标志,也为科学仪器的进一步发展打下了良好的基础。

近代仪器仪表的形成与发展

到了18世纪初,由于科学研究和科学课堂的需求,制造者们开始设计和生产标准的仪器和配件;仪表工匠与其它专业制造者联合起来,制造了光学、气动、磁力和电力等方面的仪器,从此将仪器与仪表正式结合起来,使仪器仪表融为一体,成为一个专门的学科。

1.以蒸汽机的发明为标志,一种将蒸汽的能量转换为机械功的往复式动力机械,引起了18世纪的工业革命,人类进入了工业化时代。

1800年,英国的特里维西克设计了可安装在较大车体上的高压蒸汽机,这是机车的雏型。英国的史蒂芬孙将机车不断改进,在1829年创造了“火箭”号蒸汽机车,该机车拖带一节载有30位乘客的车厢,时速达46公里/时,引起了各国的重视,开创了铁路时代。

2.自从奥斯特1820发现了电流的磁效应,奥斯特做了六十多个实验,考察电流对磁针作用的强弱、电流对磁针的影响;并在1820年7月21日发表了题为《关于磁针上电流碰撞的实验》的论文,向科学界宣布了电流的磁效应,揭开了电磁学的序幕,标志着电磁学时代的到来。

1831年8月26日,法拉第用伏打电池在给一组线圈通电(或断电)的瞬间,在另一组线圈获得的感生电流,称之为“伏打电感应”。同年10月17日,法拉第完成了在磁体与闭合线圈相对运动时在闭合线圈中激发电流的实验,称之为“磁电感应”,并提出磁场的概念,实现了“磁生电”,创造电磁力学,设计了圆盘发电机,宣告了电气时代的到来,以电磁为核心的第一代电磁式仪器开始逐步走向成熟。

电磁效应的发现与应用,为原始的机械式仪器仪表向电磁式仪器仪表发展提供了理论和技术保障,使第一代指针式仪器仪表正式形成与发展。  雷达3.麦克斯韦继法拉第之后集电磁学大成,在1865年他预言了电磁波的存在,说并指出电磁波只可能是横波,计算出电磁波的传播速度等于光速。麦克斯韦于1873年建立电磁理论,在出版的科学名著《电磁理论》中系统、全面、完美地阐述了电磁场理论,成为经典物理学的重要支柱之一。4.1886 年至1888 年,德国物理学家赫兹通过试验验证了麦克斯韦尔的理论,证明了无线电辐射具有波的所有特性,进而发现了无线电波,设计出了雷达,开启了无线电波通信技术,使远距离无线测量仪器的出现成为可能,让电话、电视等电器有了飞跃发展。

5.随着X射线、γ射线先后被德国科学家伦琴、法国科学家P.V.维拉德发现,因其超强穿透力这一特性,使仪器的功能与概念被进一步推向更深的领域,如广东正业的X光检查机、检孔机ASIDA-JK2400、线宽检测仪等仪器,就采用了X射线、γ射线的超强穿透力研发的先进检测仪器设备。

6.20世纪初,电子技术的发展使各类电子仪器快速产生,如今后普及全球的电子计算机,便是从这一时代开始崛起的。同时,随着工业化程度的不断提高,各行各业的电子仪器如雨后春笋般地出现,如计量、分析、生物、天文、汽车、电力、石油、化工仪器等。

电子仪器的产生使仪器仪表从模拟式仪器过渡到数字式仪器。

五大发展趋势

20世纪中期以后,随着自动控制理论的产生和自动控制技术的成熟,以A /D (数字/模拟转换)环节为基础的数字式仪器得到快速发展。

伴随着计算机、通讯、软件和新材料、新技术等的快速发展与成熟,人工智能、在线测控成为可能,使仪器走向智能化、虚拟化、网络化。

数字仪器、智能仪器、个人计算机仪器、虚拟仪器和网络仪器代表了20世纪现代科学仪器发展的主流与方向。

数字仪器

数字技术(Digital Technology)是指借助一定的设备将各种信息,包括、图、文、声、像等,转化为电子计算机能识别的二进制数字“0”和“1”后进行运算、加工、存储、传送、传播、还原的技术。通常也称为数码技术。

以数字技术为基础,以大规模集成电路为主体构成数字式仪器,对被测量的模拟信号进行A /D转换后,传输、处理、存贮和显示的信号均为数字信号,使测试速度快,准确性也大大提高,常见的代表仪器有恒温恒湿箱、温度传感器等。

数字化是智能仪器、个人仪器和虚拟仪器的基础,是计算机技术进入测量仪器的前提。广泛应用于电子数字计算机、数控技术、通讯设备、数字仪表等方面,诸如人类第一台电子数字计算机ENIAC,爱思达金相显微镜,体视显微镜,X光检查机等。

智能仪器

智能仪器是把一个微型计算机系统嵌入到数字式电子测量仪器中而构成的独立式仪器。

嵌入的计算机系统可以是芯片级,如单片机、数字信号处理(Digital Signal Processing,DSP)等,模板级如PC - 4。也可以是系统级,如微型计算机系统,可编程单芯片系统( System on a ProgrammableChip,SOPC)等。

智能仪器在结构上自成一体,有的仪器内部还带有专用的微型计算机系统和通用接口总线( General Purpose Interface Bus,GP IB)接口,能独立完成测试。智能仪器由于引入了计算机,功能强大,性能优异,使用灵活、方便,是现阶段高档电子仪器的主体。如离子污染测试仪,上PIN机,双盘研磨机,剥离强度测试仪,拉脱强度测试仪等都采用智能技术的现代化精密检测仪器,又比如纳米智能机器人。

随着新技术、新工艺和嵌入式系统技术的不断进步,智能仪器还在不断发展,不断推陈出新,不断提高智能水平。  彩印仪器卡

个人仪

把测试功能的硬件模块,做成一个I/O插卡(仪器卡),直接插入个人计算机( PC)扩展插槽,再配置相应的测试软件,使计算机能够完成测量仪器的功能,构成一个以PC为基础的个人计算机仪器。个人计算机仪器充分吸取了GP IB标准化和智能仪器智能化的优点,同时又能共享PC机的硬件、外设和软件资源,使其显示出强大的生命力。

虚拟仪器

虚拟技术是利用计算机界面和在线帮助功能,建立仪器虚拟板面,通过计算操作完成对对象的测试分析功能。

虚拟仪器实质上是“软硬结合”、“虚实结合”的产物。它充分利用计算机技术来实现和扩展传统仪器的功能。在虚拟仪器中,硬件只是信号传输的介质,软件才是整个仪器系统的关键。

用户可根据自己的需要通过编制不同的测试软件来构建不同功能的测试系统。其中,许多硬件功能可直接由软件实现,系统具有极强的通用性和多功能性。

网络仪器

基于Internet和Intranet的网络仪器是计算机技术、虚拟技术、网络技术的完美结合,代表了当前和今后仪器仪表领域的发展潮流,已在测量与测控领域内显现。如网络化流量计、网络化传感器、网络化示波器、网络化分析仪和网络化计量表等,都成为人们的新宠。

网络化仪器可实现任意时间、任何地点对系统的远程访问,实时获得仪器的工作状态;通过友好的用户界面,不仅可对远程仪器进行功能控制和状态检测,还能将远程仪器测得的数据快速传递给本地计算机。与传统的仪器相比,网络仪器具有无可比拟的优势,如功能分散、危险分散、地理分散、管理集中、通信功能强、网络隔离度高、分布广泛;系统操作简单,人机界面友好,便于扩展和维护;通信标准公开、一致、开放,仪器间信息资源共享,具有互操作性,可组建大规模分布式测控网络,等等。因此,网络仪器已成为现代仪器仪表发展的突出方向。

 

未来总体趋势

进入21世纪以来,网络、在线、智能等高科技化已成为现代仪器最主要的特征和发展趋势。

高新技术研究成果的广泛采用,跨学科的综合设计、高精尖的制造技术等,使仪器仪表领域发生了根本性的变革。现代仪器仪表作为典型的高科技产品,完全突破了传统的光、机、电构架,向着计算机化、网络化、智能化、多功能化的方向迅速发展,向着更高速、更灵敏、更可靠、更简捷地获取被分析、检测、控制对象全方位信息的方向迈进。

随着微机技术、网络通信技术的不断拓展,新世纪的测试仪器将是一个开放的系统概念。科学测试仪器正由单台智能化逐步走向通用模件化,并实现即插即用,灵活方便地组成针对不同对象的自动测试系统;难于实现网络化的大型科学仪器,向更高的测量精度、高可靠性和环境适应性方向发展,其使用的自动化水平不断提高,并普遍具有自补偿、自诊断、自故障处理等功能。近年来,纳米级的精密机械、分子层次的现代化学、基因层次的生物学,以及高精密超性能特种功能材料研究成果等当代最新技术成果的问世,使仪器仪表不断向更深领域发展。

纵观仪器仪表的发展历程,可以得出未来仪器仪表的总体发展趋势是“六高一长二十化”,即传统的仪器仪表朝着高性能、高精度、高灵敏、高稳定、高可靠、高环保和长寿命的方向发展;而新型的仪器仪表与元器件将朝着小型化(微型化) 、集成化、成套化、电子化、数字化、多功能化、智能化、网络化、计算机化、综合自动化、光机电一体化;服务上的专门化、简捷化、家庭化、个人化、无维护化以及组装生产自动化、无尘(或超净)化、专业化、规模化的方向发展。

 

发展主流

随着科学技术的飞速发展和自动化程度的不断提高,中国仪器仪表行业也将发生新的变化并获得新的发展。仪器仪表产品的高科技化,必将成为日后仪器仪表科技与产业的发展主流。

世界近20年来,微电子技术、计算机技术、精密机械技术、高密封技术、特种加工技术、集成技术、薄膜技术、网络技术、纳米技术、激光技术、超导技术和生物技术等高新技术得到了迅猛发展。

这一背景和形势,不断地向仪器仪表提出了更高、更新、更多的要求,如要求速度更快、灵敏度更高、稳定性更好、样品量更少、检测微损甚至无损、遥感遥测更远距、使用更方便、成本更低廉、无污染等,同时也为仪器仪表科技与产业的发展提供了强大的推动力,并成了仪器仪表进一步发展的物质、知识和技术基础。

尤其需要指出:近10年来,由于包括纳米级的精密机械研究成果、分子层次的现代化学研究成果、基因层次的生物学研究成果,以及高精密超性能特种功能材料研究成果和全球网络技术推广应用成果等在内的一大批当代最新技术成果的竞相问世,使得仪器仪表领域发生了根本性的变革。通过分析可以看出,高科技化不但是现代仪器仪表的主要特征,而且是振兴仪表工业的必由之路,也是新世纪仪器仪表及其产业的发展主流。

分类

分类标准

仪器仪表是多种科学技术的综合产物,品种繁多,使用广泛,而且不断更新,有多种分类方法。按使用目的和用途来分,主要有量具量仪、汽车仪表、拖拉机仪表、船用仪表、航空仪表、导航仪器、驾驶仪器、无线电测试仪器、载波微波测试仪器、地质勘探测试仪器、建材测试仪器、地震测试仪器、大地测绘仪器、水文仪器、计时仪器、农业测试仪器、商业测试仪器、教学仪器、医疗仪器、环保仪器等。

机械工业产品仪器仪表分类

属于机械工业产品的仪器仪表有工业自动化仪表、电工仪器仪表、光学仪器,分析仪器、实验室仪器与装置、材料试验机、气象晦洋仪器、电影机械、照相机械、复印缩微机械、仪器仪表元器件、仪器仪表材料、仪器仪表工艺装备等十三类。它们通用性较强,批量较大,或为仪器仪表工业所必需的基础。

按不同特征分类

各类仪器仪表按不同特征,例如功能、检测控制对象、结构、原理等还可再分为若干的小类或子类。如工业自动化仪表按功能可分为检测仪表、回路显示仪表、调节仪表和执行器等;其中检测仪表按被测物理量又分为温度测量仪表、压力测量仪表、流量测量仪表、物位测量仪表和机械量测量仪表等;温度测量仪表按测量方式又分为接触式测温仪表和非接触式测温仪表;接触式测温仪表又可分为热电式、膨胀式、电阻式等。

其它分类方法

其他各类仪器仪表的分类法大体类似,主要与发展过程、使用习惯和有关产品的分类有关。仪器仪表在分类方面尚无统一的标准,仪器仪表的命名也存在类似情况。

在现实实际工作中,我们经常将仪器仪表分为两个大类:自动化仪表和便携式仪器仪表,自动化仪表指需要固定安装在现场的仪表,也称现场安装仪器仪表或者表盘安装仪器仪表,这类仪表需要和其他设备配套使用,以完成某一项或几项功能;便携式仪器仪表是指单独使用,有时也叫检测仪器仪表,一般分台式和手持两种。

仪器仪表还有一种分类,叫一次仪表和二次仪表,一次仪表指传感器这类直接感触被测信号的部分,二次仪表指放大、显示、传递信号部分。

性能

衡量仪器仪表性能的主要技术指标有精确度、灵敏度、响应时间等。精确度表示仪表测量结果与被测量真值的一致程度。仪器仪表的精确度常用精确度等级来表示,例如0.1级、0.2级、0.5级、1.0级、1.5级等。0.1级表仪表总的误差不超过±1.0%范围。精确度等级数小,说明仪表的系统误差和随机误差都小,也就是这种仪表精密。灵敏度表示当被测的量有一个很小的增量时与此增量引起仪表示值增量之比,它反映仪表能够测量的最小被测量。响应时间是指仪表输入一个阶跃量时,其输出由初始值第一次到达最终稳定值的时间间隔,一般规定以到达稳定值的95%时的时间为准。此外,还有重复性、线性度、滞环、死区、漂移等性能技术指标。发展趋势

科学技术的进步不断对仪器仪表提出更高更新的要求。仪器仪表的发展趋势是不断利用新的工作原理和采用新材料及新的元器件,例如利用超声波、微波、射线、红外线、核磁共振、超导、激光等原理和采用各种新型半导体敏感元件、集成电路、集成光路、光导纤维等元器件。其目的是实现仪器仪表的小型化,减轻重量、降低生产成本和更便于使用与维修等。另一重要的趋势是通过微型计算机的使用来提高仪器仪表的性能,担高仪器仪表本身自动化、智能化程度和数据处理能力。仪器仪表不仅供单项使用,而且可能过标准接口和数据通道与电子计算机结合起来,组成各种测试控制管理综合系统,满足更高的要求。

工业自动化仪表重点发展基于现场总线技术的主控系统装置及智能化仪表、特种和专用自动化仪表;全面扩大服务领域,推进仪器仪表系统的数字化、智能化、网络化,完成 自动化仪表从模拟技术向数字技术的转变,5年内数字仪表比例达到60%以上;推进具有自主版权自动化软件的商品化。

电工仪器仪表重点发展长寿命电能表、电子式电度表、特种专用电测仪表和电网计量自动管理系统。2005年,中低档电工仪器仪表国内市场占有率要达到95%;到2010年,高中档电工仪器仪表国内市场占有率达到80%。

科学测试仪器重点发展过程分析仪器、环保监测仪器仪表、工业炉窑节能分析仪器以及围绕基础产业所需的汽车零部件动平衡、动力测试及整车性能检测仪、大地测量仪器、电子速测仪、测量型全球定位系统以及其他试验机、实验室仪器等新产品。产品以技术含量较高的中档产品为主,到2005年在总产值中占50%~60%。

环保仪器仪表重点发展大气环境、水环境的环保监测仪器仪表、取样系统和环境监测自动化控制系统产品,2005年技术水平达到20世纪90年代后期国际先进水平,国内市场占有率达到50%~60%,到2010年国内市场占有率达到70%以上。

仪器仪表仪器仪表元器件“十五”及2010年前,尽快开发出一批适销对路、市场效果好的产品,品种占有率达到70%~80%,高档产品市场占有率达60%以上;通过科技攻关、新品开发,使产品质量水平达到国际20世纪90年代末水平,部分产品接近国外同类产品先进水平。

信息技术电测仪器主要发展电测仪器软件化、智能化技术,总线式自动测试技术,综合自动化测试系统,新型元器件测量技术及测试仪器,在线测试技术,信息产业产品测试技术,多媒体测量技术以及相应测试仪器,用电监控管理技术等。

市场分析

中、低档电工仪器仪表产品国内市场占有率达到95%,高档产品的国内市场占有率和中低档产品的国外市场占有率在现有基础上有大幅度提高。中国仪表产业在2010年的市场发展将有望提高。产品结构调整目标。其中工业自动化仪表,重点发展基于现场总线技术的主控系统装置及智能化仪表、特种和专用的自动化仪表。产品技术水平达到20世纪90年代后期国外先进水平,2005年销售额占到国产仪表销售额的30%。面向市场,全面扩大服务领域,推进仪表系统的数字化、智能化、网络化,完成自动化仪表从模拟技术向数字技术的转变,“十五”末数字仪表的品种数达到60%以上。

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